Università degli Studi di Roma “La Sapienza”

Facoltà di Ingegneria

- Dipartimento di Informatica e Sistemistica -

Integrazione dei sistemi di riconoscimento vocale con la tecnologia di localizzazione basata su Cell-ID:Voice Location Services, uno studio sperimentale

Emiliano Trevisani – Andrea Vitaletti

Scenario

La tecnologia di localizzazione basata su Cell-ID

VXML & Voice Location Services

VXML + Cell-ID

Esperienze di misura

Analisi prestazionale

Outline

Disporre della posizione di un terminale mobile consente la fornitura di servizi specifici a valore aggiunto:

gestione di flotte - tracking dei veicoli - servizi di emergenza - navigazione assistita - utilities location based – advertising.

US: E911 [Enhanced 911]

requisiti iniziali stringenti: 50-100 metri nel 67%;

TOA;

A-GPS.

UE: E112 [Enhanced 112]

requisiti laschi: … il meglio che l’operatore può offrire…

Cell ID Positioning almeno nella fase iniziale eventualmente integrata con altre soluzioni

Scenario

BSCArea

BSCArea

BSCAREA

Location Area Location AreaLocation

Area

MSC Area

VLR Area

PLMN Area

VLRArea

VLRArea

VLRArea

BTS Area

La rete conosce la posizione di un mobile in idle mode solo a livello di location area;

CELL ID è noto sempre al mobile [BCCH]; è noto alla rete solo durante una comunicazione.

Location Updating periodico: ~30 min;

BTS2 BTS1

Portanti BCCH diverse

Location Area

Location area 2

Location Updating

No Location Updating

VLR

Location area 1

HLR

GSM Mobility Management

BTSCELL ID C1

CELL ID C2

CELL ID C3

Svantaggi:

accuratezza ~ dimensione cella;

il mobile è delocalizzato nella cella;

il mobile non seleziona necessariamente la BTS più vicina;

Indipendentemente dalla posizione reale del mobile nella cella, la sua posizione viene approssimata con il punto S

S

CELL-ID Positioning

Vantaggi:

nessun upgrade ai terminali ed alle infrastrutture di rete;

disponibile in idle mode;

disponibile in ambienti indoor.

se la densità di BTS è elevata la ricopertura media aumenta migliora la risoluzione.

Assunzione: posizione reale utente GPS, posizione stimata coordinate BTS servente;

Analisi dell’errore di stima sul posizionamento.

average distance: valor medio dei campioni di distanza MS – BTS servente al variare della posizione del mobile;

Proximity measures: con che frequenza il mobile seleziona la BTS effettivamente più vicina?

Cell ID Positioning: parametri prestazionali

GPS V GSM V GPS & GSM V% % %

URBAN 2.075 24.316,93 99,18% 97,20% 96,40% 27,22 2.685,22 472,73 362,04

SUBURBAN 2.114 41.550,65 97,49% 96,74% 94,30% 48,32 11.336,69 748,02 823,50

HIGHWAY 636 19.835,49 100,00% 96,54% 96,54% 189,26 3.674,56 1.015,42 637,00

Totale 4.825 85.703,07 98,55% 96,91% 95,52% 27,22 11.336,69 642,68 660,73

Max D avD dvStContesto TS P [m] Min D

Average distance experiments- URBAN Area -

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

samples

dis

tan

ce

[m

]

Distance from selected BTS Average distance

Average Distance Measures

Proximity Measures 1/2

Il mobile seleziona sempre la BTS più vicina per ricevere il servizio?

Multipath

Different BTS TX Power

Cell Selection Algorithm:

portante radio f C=A-max[0,B];

A=PR – SBTS ; B= PRACH,max- PMS,max;

Seleziona solo celle con C>0

CELL_RESELECT_HYSTERESISCELL_RESELECT_HYSTERESIS

Ostacolo

Ostacolo

Ostacolo

Ostacolo

Multipath

Livello segnale [dB]

distanza [km]

Attenuazione da percorso

Fading alla RayleighFading lento lognormale[shadowing]

Proximity Measures 2/2

Proximity Measures- URBAN Area -

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

samples

dis

tan

ce

[m

]

Distance from selected BTS Distance from nearest BTS

Proximity Measures- URBAN Area -

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

samples

dis

tan

ce

[m

]

Distance from selected BTS Distance from nearest BTS

% FD [%] CS [%] Min Max Avg devSt

URBAN 2.075 43% 97% 3% 0 1.680,27 90,57 189,49

SUBURBAN 2.114 32% 97% 3% 0 9.529,63 198,92 668,25

HIGHWAY 636 39% 100% 0% 0 2.099,44 196,08 391,3

Totale 4.825 38% 97% 3% 0 9.529,63 149,26 489,61

Context TS BTS NEAREST d [m]

Ambiente di sviluppo standard, potente e flessibile per sistemi IVR [Interactive Voice Response]; standard W3C : marzo 2000 v 1.0; marzo 2004 v 2.0

Gestione semplice e combinata di sistemi TTS [Text To Speech] e ASR [Automatic Speech Recognition]

Il Voice Server utilizza la specifica di una grammatica per interpretare l’input vocale dell’utente ed integra il browser vocale

Il browser vocale richiede le pagine VXML all’Application Server

La gestione del dialogo è affidata all’interprete VXML

Integrazione con le tecnologie internet esistenti[Application Server]

L’utente può utilizzare un normale telefono[fisso o mobile]

Input vocale, toni DTMF o combinato

VXML: Overview

VXML & Voice Location Services

Schede telefoniche TTS ASR DTMF

<?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?><vxml version="1.0"> <form> <field name="ADDRESS"> <prompt>Pronunciare l'indirizzo corrispondente alla sua posizione senza il numero civico.</prompt> <grammar> Via Giuseppe Verdi | Viale Mazzini | Piazza Venezia | ........ </grammar><grammar> Via Giuseppe Verdi | Viale Mazzini | Piazza Venezia | ........ </grammar> <nomatch> ............ </nomatch> <noinput> ............ </noinput> <filled> .................... <submit next="........./enterNumber.jsp" namelist="ADDRESS"/> </filled> </field> </form> </vxml>

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

VXML Server

ApplicationServer

VXML & Voice Location Services

Schede telefoniche TTS ASR DTMF

<?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?><vxml version="1.0"> <form> <field name="ADDRESS"> <prompt>Pronunciare l'indirizzo corrispondente alla sua posizione senza il numero civico.</prompt> <grammar> Via Giuseppe Verdi | Viale Mazzini | Piazza Venezia | ........ </grammar><grammar> Via Giuseppe Verdi | Viale Mazzini | Piazza Venezia | ........ </grammar> <nomatch> ............ </nomatch> <noinput> ............ </noinput> <filled> .................... <submit next="........./enterNumber.jsp" namelist="ADDRESS"/> </filled> </field> </form> </vxml>

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

VXML Server

ApplicationServer

input corretti e completi

La correttezza e l’efficienza del riconoscimento [ASR] sono strettamente legate alla dimensione della grammatica;

per un grande città la dimensione della grammatica può arrivare a diverse migliaia di elementi; le dimensioni della grammatica esplodono se si rilascia il vincolo di input completi e corretti

rendendo il sistema flessibile nei confronti di input parziali e/o non completamente corretti [Via Mazzini, Mazzini, Viale Mazzini, Viale Giuseppe Mazzini,Viale Gi Mazzini, Viale G. Mazzini,….]

Esperienze di misura effettuate nella città di Roma: IBM Server RS6000 + IBM WebSphere Voice and Response

VXML

ADDRESSES TUPLOAD TRECOGNITION HITRATIO Input mode

3.405 7 sec 2 sec 100 % Correct and complete

45.619 * * * Partial and/or not completely correct

10.000 40 sec 7 sec 20 % * System failure

Per utenti mobili, Cell ID può essere efficacemente utilizzato per ridurre la dimensione della grammatica;

Un’applicazione ad hoc [Symbian OS, SIM Toolkit,…] instaura in modo automatico una chiamata voce verso il Voice Server dopo aver inviato all’Application Server l’informazione su Cell ID:

via SMS [segnalazione asincrona fuori banda] via DTMF [segnalazione sincrona in banda]

VXML + Cell ID 1/2

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

VXML Server

ApplicationServer

CELL-ID via DTMF or SMS [Symbian/STK Application]

Per utenti mobili, Cell ID può essere efficacemente utilizzato per ridurre la dimensione della grammatica;

Un’applicazione ad hoc [Symbian OS, SIM Toolkit,…] instaura in modo automatico una chiamata voce verso il Voice Server dopo aver inviato all’Application Server l’informazione su Cell ID:

via SMS [segnalazione asincrona fuori banda] via DTMF [segnalazione sincrona in banda]

VXML + Cell ID 1/2

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

Address_? Via SalariaNumber_? 113Service_? Restaurant

VXML Server

ApplicationServer

CELL-ID via DTMF or SMS [Symbian/STK Application]

CELL-ID

Esperienze di misura effettuate nella città di Roma: IBM Server RS6000 + IBM WebSphere Voice and Response; 720 celle della rete mobile WIND [average radius ~ 1 Km ];

VXML + Cell ID 2/2

ADDRESSES TUPLOAD TRECOGNITION HITRATIO Input mode

21 [ / 3.405] 0.6 sec 0.2 sec 100 % Correct and complete

314 [ / 45.619] 1.2 sec 0.6 sec 100 % Partial and/or not completely correct

Esperienze di misura effettuate nella città di Roma: IBM Server RS6000 + IBM WebSphere Voice and Response; 720 celle della rete mobile WIND [average radius ~ 1 Km ];

VXML + Cell ID 2/2

ADDRESSES TUPLOAD TRECOGNITION HITRATIO Input mode

21 [ / 3.405] 0.6 sec 0.2 sec 100 % Correct and complete

314 [ / 45.619] 1.2 sec 0.6 sec 100 % Partial and/or not completely correct

le prestazioni migliorano di un fattore >10 servizio flessibile ed efficiente